2.1平面力系分析及应用I（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（人民交通版）

平面力系分析及应用I 平面力系分析及应用 如图15所示的发动机曲柄连杆机构运动模型，已知FQ=15 kN，构件自重不计，求图示位置平衡时的力偶矩M 和O 处的约束反力。 图15 曲柄连杆机构运动模型 发动机曲柄连杆机构受力分析 2023/6/30 通过以上模型，可以分析发动机的输出扭矩或在起动时所需扭矩的大小，以及可对曲轴轴承、连杆轴承的受力情况进行分析。 要解决以上问题，除了要掌握由前一课题的所讨论的基本知识外，还需了解力偶、力矩基本概念，具备平面力系及其平衡条件等有关知识，并能综合运用。 平面力系分析及应用 发动机曲柄连杆机构受力分析 2023/6/30 1. 力矩 若某物体具有一固定支点O，受F 力作用，当F 力的作用线不通过固定支点O 时，则物体将产生转动效应。其转动效应与力F 的大小和点O 到力F 作用线的垂直距离h 有关，用它们的乘积来度量，称之为平面力对点的矩，简称力矩，记作 MO (F) = ± Fh 平面力系分析及应用 图16 力对点的矩 1 力矩与力偶 平面力系 2023/6/30 例1-1 如图17所示为用一撬杠撬一重物，力F 与撬杠垂直，F＝200N，L＝40cm，试求力F 对O 点作用的力矩。 平面力系分析及应用 图17 撬杠撬重物力F 对O，R 作用力矩 解：支点O 为转动中心，即矩心，力F 与撬杠垂直，所以力F 到O 点的距离就是力臂。力F 对支点的力矩： MO(F)＝-F ·L＝-200×0.4＝－80 N·m 平面力系 2023/6/30 2. 力偶 在实践中经常遇到某物体受到大小相等，方向相反，但不在同一条作用线上的两平行力作用，使物体转动的情况。例如，汽车驾驶员转动方向盘【 图18a）】；钳工用丝锥攻螺纹【 图18b）】。 平面力系分析及应用 图18 力偶的实例 平面力系 2023/6/30 这种由两个作用于刚体上大小相等、方向相反但不共线的平行力所组成的最简单的力系称为力偶，如图19a）所示。力偶只能使刚体产生纯转动效应，而不能产生移动效应。力偶对刚体产生的转动效应，用力偶矩M 来度量，记作： M = ± Fd 式中：d ——两个力作用线之间的垂直距离，称为力偶臂。 衡量力偶转动效应的三个要素是：力偶矩的大小、力偶的转向和力偶的作用面。 平面力系分析及应用 平面力系 2023/6/30 平面力系分析及应用 平面力偶除了用力和力偶臂表示外，也可以用一带箭头的弧线表示，M 表示力偶矩的大小，箭头表示力偶矩的转向，如图19b）所示。 图19 力偶 力偶 2023/6/30 在图19b）所示的力偶平面内任取一点O 为矩心。设O 点与力F 的垂直距离为x，则力偶的两个力对于O 点的矩之和为 －Fx ＋ F'（x＋d）= －Fx ＋ F（x＋d）=Fd 由此可知，力偶对于刚体的转动效应完全决定于力偶矩。而与矩心位置无关。 讨论 既然力偶只能与力偶平衡，那么怎样解释图20的平衡? 平面力系分析及应用 图20 力与力偶平衡 力与力偶平衡 2023/6/30 若作用在物体上的力都分布在同一平面内，或近似的分布在同一平面内，则该力系称为平面力系。根据力系中各力作用线分布的特点不同，平面力系可分为： 1）平面汇交力系 各力作用线汇交于一点的平面力系。如图3中的起重机吊钩，在吊起主轴时，吊钩上所受的力都在同一平面内，且汇交于C 点，即组成一个平面汇交力系，如图3b）所示。 2）平面力偶系 仅由平面力偶组成的平面力系。如图21所示的汽车发动机缸盖，若用多轴钻床同时钻孔，则汽缸盖上作用的即为平面力偶系。 3）平面任意力系 各力作用线在平面内任意分布的平面力系，又叫平面一般力系。 平面力系分析及应用 2 平面力系及平衡 平面力系分类 2023/6/30 平面力系分析及应用 当物体所受的力对称于某一平面时，也可以简化为平面力系的问题来研究。例如，图22所示，均匀装载沿直线行驶的货车，如果不考虑路面不平引起的摇摆扣侧滑：则具自重与货重之和W、所受风阻力F、地面对车轮的约束力（考虑摩擦之后）FRA、FRB 等便可作为平面任意力系来处理。 图21 气缸盖 图22 货车 平面力系应用 2023/6/30 平面力系分析及应用 1. 平面汇交力系 1）平面汇交力系合成与解析法 （1）力在坐标轴上的投影 为了应用解析法研究力系的合成与平衡问题，先引入力在坐标铀上的投影的概念。设力F 作用于物体的A 点【 图1—23a）】。 在力F 作用线所在的平面内取直角坐标系